Ю.П. Черкаев Основы технологии зимнего строительства
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра технологии строительного производства
Основы технологии зимнего строительства
Методические указания по расчету режимов тепловой обработки бетона при бетонировании конструкций в зимних условиях
для студентов специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство»
Составители Ю. П. Черкаев Т. М. Федотова
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 5 от 19. 04. 2000 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией по специальности 290300 Протокол № 10 от 24. 04. 2000
Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 2000
1
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Задачами практической работы студентов по расчету режимов тепловой обработки бетона при бетонировании конструкций в зимнее время являются:
!"углубление знаний в области технологии возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций в зимних условиях; !"приобретение навыков, связанных с проектированием режимов бетонирования в зимних условиях, обеспечивающих возможность
достижения требуемой прочности бетона; !"закрепление навыков самостоятельной работы по разработке тех-
нологических решений, связанных с бетонированием конструкций при отрицательных температурах наружного воздуха;
!" приобретение навыков работы со специальной литературой по технологии производства бетонных работ.
Настоящие методические указания составлены с учетом основных положений по выбору современных, наиболее эффективных способов тепловой обработки бетона при бетонировании в зимнее время.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1. Расчет параметров, определяющих режим набора прочности
бетона конструкции при заданном способе тепловой обработки.
2.2. Разработка принципиальных конструктивно-технологиче- ских решений для условий зимнего бетонирования.
3.СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТАХ И ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕЖИМОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОНА
3.1. Положения настоящих указаний учитывают требования, которые должны выполняться в период производства бетонных работ при ожидаемой среднесуточной температуре наружного воздуха ниже +5° С или при минимальной суточной температуре ниже 0°С.
3.2. Проектно-технологические решения по бетонированию конструкций в зимних условиях следует учитывать в специально разработанных технологических картах, в которых должны быть приведены:
а) особенности технологии приготовления и транспортирования бетонной смеси, обеспечивающие возможность получения заданной температуры ее у места укладки в опалубку конструкции;
2
б) требуемая прочность бетона к концу выдерживания и к моменту распалубливания забетонированной конструкции;
в) способы и температурно-влажностные режимы выдерживания бетона с учетом температуры наружного воздуха в период набора им требуемой прочности;
г) данные о материалах опалубки с указанием показателей теплоизоляционных свойств, о пароизоляционных и теплоизоляционных материалах для укрытия неопалубленных поверхностей бетона (и, при необходимости, опалубки);
д) потребность энергии, воды, пара, оборудования и специальных материалов;
е) схема размещения скважин и наименования устройств для измерения температуры бетона;
ж) схема размещения и подключения электродов или электронагревателей, требуемые электрическая мощность, напряжение и сила тока, тип понижающего трансформатора, сечение и длина проводов; з) сроки и порядок распалубливания и загружения забетониро-
ванных конструкций; и) основные указания по технике безопасности при производстве
бетонных работ.
3.3. Режим тепловой обработки бетона должен обеспечить достижение им заданной (или критической) прочности и других показателей, указанных в рабочих чертежах конструкций.
Режим тепловой обработки бетона зависит от основных факторов: массивности конструкции (характеризуется значением модуля поверхности, Мп), температуры окружающей среды, материала опалубки, наличия и материала утеплителя опалубки и неопалубленной поверхностей бетона, вида и марки цемента, требований к прочности бетона на момент его распалубки. При назначении режима следует учитывать необходимость экономии энергетических ресурсов, расходуемых на тепловую обработку бетона.
3.4. Температурные режимы тепловой обработки бетона включают следующие периоды:
-предварительное выдерживание от момента окончания укладки бетонной смеси до начала прогрева;
-подъем температуры (разогрев бетона);
-изотермический прогрев;
-остывание.
Применяют следующие режимы тепловой обработки:
3
а) режим электротермоса (рис.1). Состоит из периода разогрева бетона в течение τ р часов от tбн до и периода остывания в течение τ о часов. Прочность бетон набирает при остывании конструкции до температуры tбк. Этот режим применяется для конструкций с Мп до 4;
Рис.1. Режим термообработки бетона «электротермос»
б) изотермический режим (рис. 2). Состоит из периода разогрева бетона от tбн до tmax и изотермического прогрева при этой темпера-
туре в течение периода τ и , назначаемого из условия получения заданной прочности бетона к моменту окончания прогрева. Режим применяется для конструкций с Мп > 10;
Рис.2. Изотермический режим термообработки бетона
4
в) изотермический режим с остыванием (рис. 3) представляет собой комбинацию двух предыдущих режимов, применяется для конструкций с Мп от 4 до 10;
Рис.3. Режим термообработки бетона изотермический с остыванием
г) ступенчатый режим (рис. 4) применяют для тепловой обработки главным образом преднапряженных конструкций;
Рис. 4. Ступенчатый режим термообработки бетона
5
д) режим остывания (рис. 5), по окончании которого бетон приобретает заданную прочность. Применяют при бетонировании с предварительным электроразогревом бетонной смеси;
Рис. 5. Режим остывания бетона
е) саморегулирующийся режим (рис. 6). Используют только при электродном прогреве с постоянной величиной напряжения на электродах (изменение температуры бетона при этом обратно пропорционально изменению удельного электрического сопротивления бе-
Рис. 6. Саморегулирующийся режим термообработки бетона
6
тона; температура вначале повышается, достигает максимальной величины, затем медленно снижается). Режим применяют при электропрогреве бетона большого числа одинаковых конструкций, например стыков, включаемых под напряжение постоянной величины по мере окончания их бетонирования.
3.5. Температура бетонной смеси, уложенной в опалубку, к началу термообработки бетона в зимнее время (tбн) не должна быть ниже 0° С.
Скорость подъема температуры при тепловой обработке бетона должна составлять: при модуле поверхности (Мп) до 4 - не более 5°С/ч, при Мп от 5 до 10 - не более 10°С/ч, при Мп равном 10 - 15°С/ч.
Скорость остывания бетона по окончании тепловой обработки для конструкций с модулем поверхности (Мп ):
до 5 - не более 2 … 3° С/ч; от 5 до 10 - не более 5° С/ч; свыше 10 - не более 10° С/ч.
Температура изотермического прогрева бетона (tmax) не должна превышать значений, приведенных в табл. I .
Таблица 1 Максимально допустимые температуры бетона
при электропрогреве
Цемент |
Максимальные температуры tmax, |
|||
° С для конструкций с модулем |
||||
|
поверхности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 - 9 |
|
10 – 15 |
16 – 20 |
Шлакопортландцемент |
|
|
|
|
и пуццолановый цемент |
80 |
|
70 |
60 |
Портландцемент и бы- |
|
|
|
|
стротвердеющий порт- |
|
|
|
|
ландцемент |
70 |
|
65 |
55 |
7
4. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПРОГРЕВА БЕТОНА
Исходными данными для расчета служат:
-вид и марка цемента;
-содержание цемента в бетоне (кг/м3);
-требуемая прочность бетона к моменту окончания термообработки;
-соотношения размеров конструкции, определяющие ее массивность, Мп;
-материал опалубки и ее толщина, δ оп. Соотношения учитываемых параметров для различных конструкций опалубок приведены в табл. 2;
-начальная температура бетона, tбн;
-конечная температура бетона, tбк;
-температура наружного воздуха, tнв;
-скорость ветра, U.
Расчет ведется в такой последовательности. Зная размеры конструкции и принятую систему опалубливания ее, определяют модуль поверхности по формуле
Мп = VF ,
где F– площадь охлаждаемой поверхности бетонной конструкции;
V - объем бетонной конструкции.
За охлаждаемые принимаются боковые и верхние поверхности. Нижняя поверхность не учитывается, т. к. бетон должен укладываться на отогретое до положительной температуры основание.
Зная Мп конструкции и вид цемента, задают допустимую скорость подъема температуры и максимальную температуру.
По этим величинам определяют время разогрева бетона:
τ р = |
tmax − tбн |
, |
|
||
|
U р |
|
где Uр - скорость разогрева бетона.
С учетом времени разогреваτ р и средней температуры разогрева tр ср определяют прочность бетона при разогреве (пример определе-
8
ния прочности бетона за время разогрева приводится на рис.7).
Рис.7. График нарастания прочности бетона за время разогрева:
-средняя температура разогрева бетона tрср =40о; - продолжительность разогрева τ р= 7,6 ч;
-получаемая прочность при разогреве 15% R28
Затем находят время остывания конструкции τ о от tmax до tбк (tбк следует принимать равной не более 5°С и не менее 0 °С ).
Время остывания конструкции определяют по формуле Б. Г. Скрамтаева:
τ о = |
Сбγ |
б ( tmax − tбк ) + |
ЦЭ |
, |
|
3,6KMп ( tоср − tнв ) |
|||||
|
|
||||
где Сб - удельная теплоемкость бетона, принимаемая равной
1,05 кДж/(кг оС); γ б - плотность бетона, кг/м3 ; Э – тепловыделение цемента, кДж/кг, за время твердения бетона, определяемое по табл. 20 [2] (при изотермическом режиме с остыванием по рис. 3 и при ступенчатом режиме с остыванием по рис. 4 тепловыделением цемента можно пренебречь, т. к. после окончания изотермического прогрева конструкции с температурой tmax оно незначительно);
9
Ц - расход цемента в в бетоне, кг/м3; К - коэффициент теплопередачи опалубки или укрытия неопалубленных поверхностей, Вт/м3 оС ); tmax - температура изотермического прогрева (температура начала остывания бетонной конструкции, оС); tо ср – средняя темпертура за время остывания бетона, оС. Определяется по формуле
ср |
|
|
tmax − tбк |
|
tо |
= |
tбк + |
|
|
1,03+ 0,181Mп + 0,006( tmax − tбк ) |
|
|||
В зависимости от вида цемента по графику нарастания прочности находят прочность бетона, полученную за время его остывания. Пример определения прочности бетона за время разогрева бетона приведен на рис.8.
Рис.8. График нарастания прочности бетона за время остывания:
-требуемая прочность бетона 70% R28;
-средняя температура остывания бетона tоср =37о;
-продолжительность остывания τ о= 17 ч;
-полученная прочность при остывании бетона 13 (70-57)% R28
По сумме значений прочности, полученной при разогреве и остывании, учитывают: